Petr Seidl 2. Integrované projekty venkovských mikroregionů v geografickém informačním systému 7 Ing. arch. Kateřina Sovinová, ARCHI-KA

Transkript

1 o b s a h R E V U E ú v o d Petr Seidl k o n f e r e n c e Ekonomické zhodnocení navrhovaných protipovodňových opatření v povodí Moravy a Bečvy 3 Ing. Robert Knap, Povodí Moravy, s.p., útvar hydroinformatiky Informační systém Brněnské akademické počítačové sítě 6 Petr Bartoš, Michal Batko, Ústav výpočetní techniky Masarykovy univerzity v Brně, RNDr. Petr Glos, VARS BRNO a.s. Integrované projekty venkovských mikroregionů v geografickém informačním systému 7 Ing. arch. Kateřina Sovinová, ARCHI-KA Nové trendy ve využití dat dálkového průzkumu Země v České Republice 10 Ing. Karel Sukup, CSc., Ing. Vladimír Plšek, Ph.D., GEODIS BRNO, spol. s r.o. Produkty ERDAS a výuka DPZ na VA v Brně 16 Ing. Vladimír Kovařík, MSc., Vojenská akademie v Brně Využití multispektrálních dat a DMR v geologii: příklady ze Sudet, Gobi a Íránu 23 Mgr. Karel Martínek, PřF UK v Praze, Ústav geologie a paleontologie Ortorektifikace hyperspektrálních obrazových dat pomocí ERDAS IMAGINE OrthoBASE 24 Mgr. Zbyněk Malenovský, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Lesnická a dřevařská fakulta, Ústav geodézie a fotogrammetrie AMEBA moderní nástroj úřadů a velkých společností pro podporu řízení 27 Ing Ladislav Sedláček, Digis, spol. s r.o. Informační systém pro Magistrát města Hradec Králové 29 Ing. Jan Kamenický, T-MAPY spol.s r.o. z p r á v y 10. konference ESRI a ERDAS v ČR - do Městské knihovny v Praze přijelo na 400 uživatelů GIS 33 Den GIS potřetí 34 QuickBird na oběžné dráze 35 Seznam posterů vystavených na 10. konferenci 35 1

2 úvodem Mottem letošní světové konference uživatelů ESRI v kalifornském San Diego bylo geography creating communities. Od července přemýšlím nad tímto heslem a čím více o něm přemýšlím, tím více se mi líbí. A ti z Vás, kteří jste navštívili naši českou konferenci, jste jistě zaregistrovali, že myšlence komunity GIS byl věnován prostor i zde. Co je to komunita? A co je komunita GIS? Má toto spojení význam? A má-li, pak jaké jsou praktické důsledky? V češtině bychom pro slovo komunita asi použili výraz obec, ale protože uživatelům GIS se pod pojmem obec vybaví spíše administrativní jednotka osídlení, budu zatím i nadále používat slovo komunita a budu doufat, že znalci naší mateřštiny mi prohřešky proti českému jazyku odpustí. Komunita představuje skupinu lidí, kteří mají něco společného. Ve smyslu geografickém to může být skupina spoluobčanů, kteří bydlí v jedné ulici, jedné čtvrti, jedné obci, v jedné zemi... Komunita však nesdílí jen společné území, ale také má společné zájmy, společnou kulturu, sdílí společné hodnoty apod. Komunita GIS je skupina lidí, kterou integruje společný zájem geografické informační systémy. Potěšitelné je, že komunita GIS má i v naší republice své pevné kořeny. A soudím-li podle srovnání jednotlivých ročníků naší konference, neustále roste. Vždyť na letošní jubilejní 10. ročník přijelo do Městské knihovny v Praze na 400 uživatelů GIS, hostů a partnerů naší firmy ARCDATA PRAHA. Na 400 příslušníků komunity GIS, do které nepatří jen ti, kteří se zabývají vlastní technologií GIS, ale zejména ti, kteří tvoří její podstatnou část uživatelé GIS, lidé, kteří jsou odborníci ve zcela jiném oboru, v oboru, ve kterém jim může být užitečný GIS. A nezapomeňme ani na další důležitou část komunity GIS, výrobce digitálních geografických databází dat, která jsou potřeba k provozování GIS, ani na ty, kteří sice zatím GIS sami nevyužívají, nepracují s ním, ale uvědomují si jeho sílu a perspektivu a svou činností podporují rozvoj GIS. Mezi takové bychom mohli zařadit například i pracovníky Hewlett-Packard, SUN Microsystems a dalších významných firem, které sponzorovaly letošní konferenci. Při letošním setkání komunity GIS jsme spolu s našimi uživateli strávili pěkné dva dny, které byly plné odborných přednášek, diskusí, zajímavých setkání, ale také ukázek vysoce kvalitních grafických výstupů aplikací uživatelů GIS. Na konferenci přijelo i několik hvězd z celosvětového nebe GIS, mezi nejzajímavější bezesporu patřil pan David Maguire, člen nejužšího vedení firmy ESRI, a Prof. Joerg Schaller z Německa. Ačkoliv na konferenci nechyběla ani zábava, musím říci, že pracovní atmosféra a sjednocující téma GIS ovládly na dva dny prostory Městské knihovny. Nebudu se rozepisovat o jednotlivých přednášejících těm je ostatně již tradičně věnováno poslední číslo ArcRevue v roce, nemohu se rozepisovat ani o výstavě ukázek grafických výstupů a o dalších aktivitách, které provázely tuto konferenci. Ne, že bych nechtěl, ale v prostoru tohoto úvodu nelze popsat vše a nerad bych zapomněl na něco velmi zajímavého, velmi hezkého, velmi kvalitního. Základní informaci o průběhu konference najdete v tomto čísle. S blížícím se koncem roku využívám této příležitosti, abych české komunitě GIS, Vám všem některým již pojedenácté poděkoval za Vaši přízeň, za Vaši práci, která nás všechny obohacuje a inspiruje, a popřál Vám jménem svým i svých kolegů krásné Vánoce a hodně štěstí, zdraví a úspěchů v novém roce P e t r S e i d l 2

3 Ekonomické zhodnocení navrhovaných protipovodňových opatření v povodí Moravy a Bečvy V červenci 1997 postihly Českou republiku katastrofální povodně. Tento fakt vedl k zahájení projektu Flood Management in the Czech Republic. Na majoritní části tohoto projektu, dotýkající se povodí řeky Moravy, spolupracují odborníci z Povodí Moravy, s.p., DHI Water and Environment (Dánsko) a z jejich pražské pobočky DHI Hydroinform, a.s. Sponzorem tohoto projektu je Danish Environmental Protection Agency Danish Cooperation for Environment in Eastern Europe (DANCEE). Flood management in the Czech Republic Projekt byl rozdělen do dvou etap. První etapa byla dokončena v roce 1999 a jejím výsledkem je podrobný srážko-odtokový a hydrodynamický model řeky Moravy v úseku od Hanušovic po Hodonín (255 km) a řeky Bečvy v úseku od Valašského Meziříčí po zaústění do Moravy (61 km) s využitím pozemního a leteckého měření terénu. Matematický model byl zkalibrován na povodně z let 1985 a 1986 a byl sestaven prostřednictvím softwaru Mike 11 firmy DHI. Dále byly v rámci první etapy navrženy čtyři základní principy protipovodňové ochrany (dále jen PPO), na nichž byla ověřena funkčnost modelu. Druhá etapa navázala na první etapu sestavením variantních návrhů kombinací základních principů PPO. Pro tyto návrhy byly z matematického modelu vygenerovány záplavové mapy pro rozdílné srážkové úhrny. Analýzou map v prostředí ArcView GIS (ESRI) s informacemi o využití pozemků v záplavovém území, byly kalkulovány odpovídající povodňové škody a vyhodnocen účinek reprezentující objem škod, kterým realizací navrženého opatření můžeme zabránit. Porovnáním účinku s náklady na realizaci a provoz byla posouzena výhodnost investice. Základní principy PPO Čtyři základní principy, od kterých se odvíjely konkrétnější návrhy: provedení změny využití půdy v krajině, především z polí na lesy a louky, a tím přirozené zdržení vody v povodí vybudování retenčních prostorů, tedy nádrží, a to jak suchých tzv. poldrů, které plní svoji funkci jen za povodní a za normálních průtoků je prostor využíván jako louky, tak klasických přehrad s velkým prostorem pro zachycení povodně, které by mohly naopak i v období sucha dotovat průtoky v řece lokální hráze, chránící osídlené oblasti, a usměrnění povodně do území, kde neohrozí lidské životy a podstatnou část majetku, tedy na louky, lesy a pole vybudování části plavebního kanálu Dunaj-Odra-Labe, tedy souběžného umělého koryta, které by neškodně převedlo zvýšené průtoky Moravy a Bečvy. Variantní návrhy Vyhodnocením základních přístupů k PPO byly vytipovány oblasti, ve kterých nejlépe účinkují změny využití krajiny, lokality vhodné pro realizaci retenčních prostorů a navrženy trasy ochranných hrází osídlených oblastí. 3 Na základě těchto informací a za spolupráce se zástupci státní správy a odborné veřejnosti, bylo navrženo 13 variant PPO: 1. dnešní stav (zachování stavu před povodní v roce 1997 srovnávací varianta) 2. poldr Teplice 3. nádrž Teplice 4. poldr Mohelnice + poldr Teplice 5. poldr Mohelnice + nádrž Teplice 6. poldr Mohelnice + nádrže Teplice a Hanušovice 7. lokální ochrana sídel ohrázováním na Q100 s převýšením 0,5 metru 8. plavební kanál Dunaj Odra Labe 9. obnova ekologického kontinua údolní nivy 10. změna využití krajiny v povodí 11. obnova ekologického kontinua a změna využití krajiny 12. změna využití krajiny s lokální ochranou sídel ohrázováním na povodeň 7/ malé poldry v horní části povodí Moravy a na Bečvě + změna využití krajiny a obnova údolní nivy nad Olomoucí. Simulací těchto variant v matematickém modelu jsme získali informaci o tom jaký vliv má daná kombinace opatření na průběh povodně. Jestli a kde způsobí zvýšení nebo snížení průtoků a tedy i hladin a jaké bude zdržení povodňové vlny, které mimo jiné umožní při dobré organizaci hlásné služby delší čas na případnou instalaci mobilních hrází nebo evakuaci obyvatelstva. Záplavové mapy Zájmové území bylo rozděleno do 10 oblastí podle hydrologických charakteristik. Pro tyto oblasti byly vygenerovány záplavové mapy pro 13 úrovní srážkových úhrnů (100 % srážkových úhrnů odpovídajících povodni 7/1997 a dále 95, 90, 85, 82, 80, 77, 70, 66, 60, 50, 40 a 30 %) pro všechny varianty PPO. Mapy byly exportovány ve formátu ASCII raster z MikeView Floodmapping (DHI) a importovány do ArcView jako gridové vrstvy o velikosti buňky metrů nesoucí informaci o výšce zaplavení. Celkem bylo vygenerováno cca 1500 map. Využití pozemků v záplavovém území Plocha záplavy byla rozdělena na následující typy využití pozemků: 1) zástavba rodinných domů 2) zástavba bytových domů 3) areály firem 4) administrativní budovy 10. konference

4 10. konference 5) sportovní areály 6) nemocniční zařízení 7) památky 8) nákupní střediska a obchody 9) školská zařízení 10)chatové oblasti 11)zemědělsky využívané plochy 12)lesní porosty 13)louky. Typ areálů firem je rozdělen na podtypy: strojírenské stavební chemické zemědělské veřejné služby ostatní. Typy zástavby rodinných domů a zástavby bytových domů jsou dále rozděleny na zástavbu (podtypy): stáří nad 50 let stáří v intervalu let stáří do 10 let garáže. Vymezení ploch bylo provedeno editací polygonové vrstvy v ArcView na digitalizovaných podkladech leteckých snímků a map měřítka 1 : Polygony pokrývají oblast na řece Moravě od Mohelnice po Uherský Ostroh a na řece Bečvě od Teplic nad Bečvou po soutok s Moravou v celé šířce záplavy povodně 7/1997. Ke každému polygonu je připojena databázová tabulka s údaji o způsobu využití, ploše, okresu a katastru, hustotě zástavby, počtu obyvatel (odhad) atd. Celkem bylo v území, kde se prováděla analýza, digitalizováno cca 5000 polygonů. Data pro ekonomickou analýzu Základními daty, získanými z matematického modelu, byly hodnoty průtoků pro jednotlivé záplavové mapy. Ve spolupráci s odborníky z ČHMÚ byly stanoveny doby opakování těchto průtoků. Dalším nezbytým podkladem jsou křivky škod, které reprezentují závislost výše přímých majetkových škod na hloubce zaplavení a typu využití pozemku. Jako podklady pro sestrojení těchto křivek byly použity údaje z povodně 7/1997, z dotazníků rozeslaných vybraným podnikatelským subjektům postižených povodní a data dostupná prostřednictvím internetu. Pro závěrečné vyhodnocení rentability investice do PPO jsou podstatné především náklady na realizaci protipovodňových opatření a na jejich provoz a údržbu. Nepřímé škody (náklady na evakuaci, vysoušení objektů, ztráty v podnikatelské činnosti, atd.) a škody na infrastruktuře (silnice, mosty, objekty na toku, rozvody elektřiny, plynu, vody a telekomunikací) jsou vyjádřeny koeficienty, kterými se násobí škody přímé. Ekonomická analýza Pro ekonomickou analýzu byl specialisty z DHI a Povodí Moravy, s.p., vyvinut nástroj Flood Analysis Tool (extenze pro Arcview). Nástroj se skládá ze dvou dialogových boxů Scenario Builder a Benefit Cost Analyzer. Scenario Builder vyhodnocuje na oblastech plochu zaplavení polygonů vymezující jednotné využití půdy a odpovídající průměrnou hloubku. Na základě těchto informací interpoluje z příslušných křivek přímých škod hodnotu škody pro každý polygon. Ta je dále přenásobením koeficienty navýšena o nepřímou škodu a škodu na infrastruktuře, čímž je získána hodnota škody celkové. Tento proces probíhá postupně pro všechny povodňové události (záplavové mapy) se stanovenou dobou opakování. Takto získáme graf závislosti výše povodňové škody na době opakování povodně. Numerickou integrací křivky je pak vyhodnocena průměrná roční škoda pro danou oblast. Data lze pak automaticky sumarizovat do přehledné tabulky pro podrobnější rozbor. Benefit Cost Analyser provádí vlastní ekonomickou analýzu poměru účinku a nákladu (benefit-cost ratio). Porovnává průměrnou roční škodu navržené varianty a srovnávacího scénáře (dnešní stav). S uvažováním předpokládané životnosti opatření a diskontní sazby poskytované peněžními ústavy vyhodnotí, zda investovat do realizace PPO, nebo bude-li výhodnější uložit finance do banky 4

5 a z tohoto účtu krýt případné následky povodní. Analýzu lze u některých variant provádět na jednotlivých oblastech, ale většinou je nutno sledovat globální efekt opatření, a tedy vyhodnotit zájmové území jako celek. Výstupy Již z matematického modelu lze získat informace o ovlivnění průtoku a zvýšení nebo snížení hladiny. Flood Analysis Tool nám tyto základní údaje rozšiřuje o zaplavené plochy jednotlivých typů využití půdy, přímé škody na majetku, nepřímé škody a škody na infrastruktuře, celkové škody, průměrné roční škody a poměr účinku PPO a nákladů na realizaci a provoz. Závěry Jednoznačně nejvýhodněji z hlediska redukce škod vyšlo ohrázování osídlených oblastí. Zúžení průtočného profilu ovšem negativně ovlivňuje úroveň hladin a jako samostatné opatření tedy není řešením. Dalšími vhodnými opatřeními (zejména co do ovlivnění průtoků a zpomalení postupu povodně) jsou různě situované retenční prostory v povodí Moravy a Bečvy. a přínosy, míru ochrany lidských životů atd.), která může po zvolení jiných priorit změnit náhled na problematiku povodní. Pozitivní vliv mají i ekologické návrhy Unie pro řeku Moravu na změny využití krajiny a návrhy profesora Štěrby z Olomoucké univerzity na obnovu ekologického kontinua údolní nivy. Tyto návrhy ovšem počítají s rozsáhlými změnami využití půdy, což přes výrazný ekologický efekt přinese i problémy s vypořádáním s vlastníky zemědělsky využívaných pozemků a tedy pravděpodobně i další nemalé další finanční nároky. Přesto jsou ekologická opatření velmi vhodným doplňkem technických opatření především v oblasti nad Olomoucí. Je tedy zřejmé, že výsledné řešení bude kombinací technických i ekologických opatření. Důležitá je i míra ochrany. Ta bude muset být úměrná prostředkům, které na ni budou vynaloženy. Další možnosti využití Metodika tohoto projektu disponuje širokými možnostmi využití. Prvořadým účelem výstupů z projektu by měla být multikriteriální analýza (uvažující i ekologické aspekty, ekonomické možnosti Propojením s podrobnější databází objektů v záplavovém území lze podrobněji zkoumat například dopad zvýšených vodních stavů na podnikatelskou sféru, vymezit území vyžadující zvláštní pozornost nebo druh ochrany, atd. Výstupy projektu mají velký význam i pro oblast státní správy. Jedná se především o posuzování vlivu stavebních aktivit v záplavovém území, stanovení aktivních a pasivních zón (v souladu s novelou Vodního zákona), podklady pro vyjadřovací činnost vodohospodářských orgánů i pro urbanistické studie a územní plány. Cenným zdrojem informací se projekt stává ve sféře pojišťovnictví. I n g. R o b e r t K n a p P o v o d í M o r a v y, s. p., ú t v a r h y d r o i n f o r m a t i k y 5

6 Informační systém Brněnské akademické počítačové sítě Co je to IS BAPS? Ústav výpočetní techniky Masarykovy univerzity v Brně spolu s Vysokým učením technickým v Brně buduje, rozšiřuje a spravuje rozsáhlou počítačovou síť, na kterou jsou napojena nejen pracoviště univerzity, ale i pracoviště dalších brněnských škol a institucí. Rozsáhlost sítě postupně přesáhla dosavadní metodu (hlava, tužka, papír) udržování informací o její topologii a jejím stavu. Proto vznikla myšlenka vybudovat informační systém, který bude sloužit ke správě informací o této síti IS BAPS. Firma VARS BRNO a.s. vytvořila Katalog uživatelských požadavků, kde byly definovány potřeby uživatelů systému. Po této úvodní studii byly vypsány dvě diplomové práce, jejichž výsledkem je první verze systému. IS BAPS umožňuje pořízení, modifikaci a využívání informací o Brněnské akademické počítačové síti s využitím lokalizace jednotlivých objektů sítě v mapě. V rámci již dlouhodobé spolupráce Masarykovy univerzity a Magistrátu města Brna jsou pro podkladové mapové vrstvy použita digitální data poskytnutá Odborem městské informatiky. Architektura systému Uživatelé komunikují se systémem prostřednictvím dvou klientů. Desktop klient je Windows aplikací a umožňuje práci uživatelům, kteří jsou připojeni do sítě BAPS. Zmínění klienti využívají služeb metod mapového a databázového modulu. Mapový modul má na starosti podporu mapových funkcí obou klientů a je realizován v prostředí ESRI MapObjects. WWW klient využívá služeb mapového modulu prostřednictvím mapového serveru realizovaného v prostředí ESRI MapObjects IMS. Databázový modul zabezpečuje editaci, uložení a správu atributových dat systému a je realizován s využitím ADO prostředí firmy Microsoft. Mapová data systému jsou uložena jednak přímo v databázi Informix polohy jednotlivých objektů systému, jednak ve formátu Shapefile podkladová data magistrátu města Brna. Databázová data jsou uložena v databázi Informix. WWW klient umožňuje práci uživatelům, kteří jsou připojeni do sítě Internet. Na rozdíl od Desktop klienta nepředpokládá žádnou instalaci softwarových komponent na počítači uživatele je vyžadován pouze internetovský prohlížeč. Součásti systému je i bezpečnostní model pro uživatele a skupiny uživatelů je možno nastavit přístupová práva k jednotlivým skupinám objektů systému. Důsledné oddělení jednotlivých vrstev systému data, aplikační logika, uživatelské rozhraní umožnilo efektivní souběžnou práci na jednotlivých modulech systému a možnost dalšího rozvoje systému modulárním způsobem. Současný stav a co dál V současnosti probíhá intenzivní testování první verze systému. Následovat bude etapa plnění dat systému a využívání těchto dat k práci uživatelů. Během prací na vývoji systému a jeho testování byla registrována řada nových požadavků na funkcionalitu systému, na ně bude řešitelský tým postupně reagovat. P e t r B a r t o š, M i c h a l B a t k o, Ú s t a v v ý p o č e t n í t e c h n i k y M a s a r y k o v y u n i v e r z i t y v B r n ě R N D r. P e t r G l o s, V A R S B R N O a. s. 6

7 Integrované projekty venkovských mikroregionů v geografickém informačním systému Naše přednáška se týká zavedení využití geografických informačních systémů do oblastí, ve kterých prozatím byla tato metoda používána více než sporadicky, a to do oblasti praktického využívání GIS na úrovni obcí a jeho propojení na úroveň meziresortního rozhodovacího procesu. Náš projekt se tedy netýká vytváření nových softwarových aplikací, nýbrž implementace standardního prostředí geografického informačního systému do každodenní praxe obcí a státních úředníků. Neukazujeme tedy pouze jeden zpracovaný projekt, ale na jeho příkladě chceme ukázat, jak by mohl stát data z těchto projektů, pořízených za státní peníze, využívat. Vnějším rámcem našeho projektu je politickoekonomické prostředí naší země před vstupem do Evropské Unie, reprezentované především následujícími programy a dokumenty: Program sociálně ekomomického rozvoje naší země, zpracovaný při Úřadu vlády ČR Sektorové a regionální priority Národního rozvojového plánu (RDP) České republiky na léta až Program obnovy venkova ČR Sapard program pro venkov s vazbou na evropské zdroje Státem garantované programy jednotlivých resortů (např. Program péče o krajinu, Program revitalizací říčních systémů, Program obnovy venkova, Program záchrany kulturního dědictví a všechny ostatní programy pro přidělování dotací). Podnětem k vytvoření našeho projektu byly naše dlouhotrvající úvahy o vývoji území a krajiny ve vztahu k přidělování státních dotací a dotací z předvstupních programů a strukturálních fondů Evropské Unie. Na projektu chceme především ukázat možnost a způsob optimalizace procesu přidělování dotací vytvořením jednotného prostředí, propojujícího a využitelného jak pro nejnižší úroveň samosprávy, tak i nejvyšší úroveň státní správy a v konečném efektu více či méně řiditelného. Prakticky to znamená, že jsme se snažili vytvořit projekt, který by byl jednoduše využitelný pro obce s minimálními nároky na software i hardware a zároveň na vyšší, sumarizované úrovni byl použitelný pro subjekty státní správy v procesu rozhodování o dislokaci finančních prostředků do území. Domníváme se, že pro dosažení tohoto cíle je vhodný právě geografický informační systém, který je schopen zobrazovat, analyzovat a s využitím více zdrojů sumarizovat data nejen v geografických, ale i kvantitativních, kvalitativních i ostatních souvislostech. Jde nám tedy především o práci s územím a s ekonomikou, viděnou v souvislostech a ve vývoji. Jsme přesvědčeni o tom, že je to právě využití vlastností geografického informačního systému, které umožní koordinaci a optimalizaci rozhodování o dislokaci financí do území a tím v konečném efektu šetření státních i evropských financí při dosažení maximálního efektu jejich 7 použití (za málo peněz hodně muziky). Geografický informační systém společnosti ESRI jsme zvolili proto, že ho orgány státní správy vlastní, a je tedy hned v začátku splněna podmínka vytvoření jednotného prostředí bez nároku na další investice. Systém, do kterého náš projekt zapadá (jehož součástí náš projekt je), vypadá takto: nejnižší úroveň obec, která s projektem bezprostředně pracuje, která je příjemcem státní dotace na jeho zpracování, naplňování a průběžný monitoring. úroveň sdružení, či svazku obcí, které projekt především územně a také ekonomicky vymezují úroveň sumarizace a interpretace dat státní správou spravovaná databáze všech integrovaných projektů, aktualizovaná průběžně daty, poskytovanými obcemi v rámci monitoringu jejich projektů úroveň resortní a meziresortní, která je místem - rozhodování o přidělení dotací z jednotlivých dotačních titulů - formulace a optimalizace státem garantovaných rozvojových programů - koncipování celkových rozvojových strategií. Prostředí geografického informačního systému v této sumarizované úrovni umožňuje vidět a interpretovat jevy v souvislostech a využívat například synergických a jiných efektů a tím podstatně zkvalitnit rozhodovací proces a posílit míru účinnosti přidělených finančních prostředků vlastně je cílevědomě šetřit. 10. konference

8 M o n i t o r i n g a h o d n o c e n í Integrovaný projekt venkovského mikroregionu Mladá 1. Metodika zpracov nì Integrované projekty venkovských mikroregionů se zpracovávají podle metodiky Evropské Unie Mikroregionální projekt, obsažené jako bod 9.1. v dokumentu MMR K přípravě projektů v rámci předvstupního programu Sapard, v bodě 8 Integrované projekty, poněvadž mohou sloužit, mimo jiné: k sestavení celostátního materiálu Ministerstva pro místní rozvoj Plán rozvoje zemědělství a venkova ČR na období až k čerpání finančních prostředků ze státního rozpočtu a z předvstupních programů a strukturálních fondů Evrpské Unie (např. Sapard). Schema pracovního postupu přípravy a realizace mikroregionálního projektu Realizace projektu Úvodní projekční příprava Kroky pracovního postupu Prolínající Název Věcný obsah činnost 1. Úvodní analýza Analytický údaj 1 Analytický údaj 2... Analytický údaj n 2. SWOT analýza Silné stránky Slabé stránky Příležitosti Rizika 3. Vize Strategické cíle Priority 4. Vlastní předmět projektu Realizační akce 1 Realizační akce 2... Realizační akce n 5. Realizační příprava Technické projekty Organizační projekty Finanční zabezpečení Správní řízení 6. Realizace Výstavba Zřizování Organizování 2. VymezenÌ projektu Projekt je územně vymezen správními územími obcí, sdružených ve sdružení obcí mikroregionu Mladá. Jedná se o území jihozápadně od Mladé Boleslavi, které je součástí bývalého vojenského výcvikového prostoru sovětských okupačních vojsk. Proto v území vyvstává ještě dnes řada problémů, od přetrhání místních tradic a likvidace obcí (původní obec Mladá dnes neexistuje) až po problematiku ekonomické soběstačnosti územní jednotky v nových společensko-ekonomických podmínkách. V souladu s metodikou MMR se místní obce sdružily a koordinují vzájemně rozvoj svého území včetně plánování finančních zdrojů a mezi nimi i požadavků na státní dotace. 3. Zp sob zpracov nì projektu v GIS: použitý software: ArcView GIS verze 3.2 použitý mapový podklad digitální model území DMÚ 25, VTOPÚ Dobruška použité rozvojové dokumenty o území územně plánovací dokumentace obcí v měřítku 1: 5000 územně plánovací dokumentace Velkého územního celku v měřítku 1: územně technické podklady (ochrany přírody a krajiny a jiné) podklady a záměry zúčastněných obcí. 1. krok: zhodnocení podkladů Digitální model území nám poskytlo sdružení obcí Mladá, byl námi vyžádán ve formátu ESRI Shapefile a v souřadnicovém systému S-JTSK a to proto, že jsme ho zpracovávali v ArcView a proto, že jsme do podkladu implantovali územně plánovací dokumentaci, digitálně zpracovanou v systému S-JTSK. ÚPD VÚC MLADÁ nebyla digitálně zpracována, potřebné údaje o nadřazených strukturách VÚC jsme převedli do digitální podoby vlastními prostředky. Zvolili jsme model území v měřítku 1: mimo jiné proto, že se nám jevilo jako vhodný mezistupeň mezi měřítkem územně plánovací dokumentace obcí (1: 5 000) a měřítkem ÚPD VÚC, zpracované v měřítku 1: krok: zpracování současného stavu území včetně připojení fotodokumentace Pro dokumentaci stávajícího stavu jsme do DMÚ doplnili: Z ÚTP NRÚSES ČR byl zapracován systém ekologické stability krajiny (klik) biocentra a biokoridory Vodohospodářské údaje: především zátopová území byly zapracovány ze Základní vodohospodářské mapy ČR Vytipování problémových a rozvojových lokalit na základě informací a záměrů obcí červené puntíky s popisem Pořízení fotodokumentace stávajícího stavu zájmových lokalit jednotlivých obcí Připojení fotodokumentace k databázovým údajům projektu jako HOTLINK tak, aby bylo možno ihned zhodnotit například stav lokalit ke konkrétnímu datu. 3. krok: formulace VIZE prostřednictvím GIS Provedení Integrace Územních plánů obcí a územních plánů VÚC do jednotného celku pro zobrazení celospolečensky stanoveného rozvojového rámce projektu. Z VÚC byly převzaty nadřazené struktury (např. Všejanská spojka). Z ÚPD byly zapracovány např. tyto jevy: rozvojové oblasti jednotlivých obcí, plánované obchvaty obcí silnicí I/38 a další jevy s územním průmětem. Zpracování územního průmětu obcemi zamýšleného rozvoje území zapracování současných názorů a záměrů obcí. Každý bod reprezentuje konkrétní záměr, lokalizovaný územně a jeho atributy jsou: název investičního záměru, předpokládané náklady v jednotlivých letech realizace. Mnohdy, nebo téměř vždy se tyto záměry kryjí s problémovými lokalitami v mapě stávajícího stavu. Není tomu tak např. u záměru plynofikace obce Smilovice. Průmět potřeby investic a navazujících požadavků na čerpání finančních dotací jsme zpracovali v rámci tohoto projektu, avšak hlavní význam tohoto kroku vidíme až na úrovni sumarizace všech dosud zpracovaných projektů pro širší území podle kompetence a úrovně orgánů státní správy, které se účastní rozhodovacího procesu přidělování dotací. 8

9 Příkladem je třeba tento graf, který prezentuje všechny požadavky v rámci mikroregionu Mladá v roce ve vztahu k počtu obyvatel, samozřejmě lze i k počtu nezaměstnaných, atd a tento graf průmětu požadavků na dotace z různých dotačních titulů v mikroregionu Povodí Liběchovky. Sami vidíte, že toto jsou příklady, které mohou správně fungovat až v úrovni sumarizace dat z více projektů. Stanovení priorit a časové posloupnosti financování včetně doporučení zdrojů financování z konkrétních dotačních titulů: Každý mikroregion si své priority stanoví samozřejmě sám. Ale na úrovni sumarizace dat může dojít k tomu, že se priority poněkud posunou, nebo upraví. K tomu přesně má tato úroveň sloužit. Pomocí dokumentace VIZE zpracované jako GIS provádění průběžného monitoringu územního a ekonomického rozvoje. Pokud je integrovaný projekt venkovského mikroregionu zpracován v prostředí GIS, je v tomto prostředí průběžná aktualizace a údržba dat standardní záležitostí. K tomu je nutno konstatovat, že současně platná metodika ukládá sice obcím provádění monitoringu projektů, ale neukládá způsob, jak to provádět. Proto se tento důležitý krok v nám známé praxi většinou obejde v rámci jedné strany popsaného archu formátu A4 a úřední šiml je spokojen. Takto provedená hodnocení však nelze srovnávat a v souhrnu jsou prostě problematicky využitelná, pokud vůbec. Jsme toho názoru, že stát, který poskytuje finance, by mohl, v souladu s metodikou MMR, stanovit monitoring projektů jako povinnou podmínku přidělení těchto financí a mohl by rovněž určit standardní, a tím srovnatelný způsob jeho provádění. Je to proto, že výsledky monitoringu jednotlivých projektů mohou v úrovni sumarizace dat poskytovat nedocenitelné informace o účinnosti přidělených peněz a tím možnost korekce financování v souvislostech a v čase, například skladbu státního rozpočtu, formulace požadavků na Evropské zdroje, nebo vypuštění neúspěšných programů, či zavedení nových. Závěry a doporučení: Cílem prezentace je ukázat, že: 1) Integrované projekty venkovských mikroregionů je účelné zpracovat v geografickém informačním systému. 2) Státem až doposud poskytované finanční prostředky na zpracování Integrovaných projektů jsou dostatečné i pro zpracování v prostředí geografického informačního systému, záleží pouze na úrovni zpracovatele. 3) Je nezbytné požadovat vyčlenění větší, odpovídající části prostředků na monitoring projektů. 4) Je účelné upřesnit současnou metodiku MMR pro zpracování mikroregionálních projektů zpřesněním způsobu provádění monitoringu pro získávání dat. 5) Předání dat, získaných monitoringem projektu je třeba stanovit jako podmínku přidělení finančních prostředků. 6) Způsob sumarizace a strukturování dat na meziresortní úrovni je účelné stanovit s ohledem na blížící se vstup České republiky do jednotného prostředí Evropské Unie. Drtivá většina dnes zpracovaných projektů je obrovskou zásobárnou dat v prozatím nesouměřitelné, a tím nedostatečně využitelné podobě. Je účelné a z hlediska konečného finančního efektu pro stát jednoznačně výhodné převést stávající zpracované Integrované projekty do prostředí geografického informačního systému. Zpracování integrovaných projektů v geografickém informačním systému umožní: v prostředí geografického ingformačního systému data strukturovat do podoby vhodné jako podklad a nástroj pro kvalitní meziresortní rozhodování Ministerstva životního prostředí, Ministerstva pro místní rozvoj, Ministerstva zemědělství a jiných resortů s využitím dat v prostředí geografického informačního systému účelně koordinovat finanční toky v souvislostech a v čase a tím optimalizovat využívání a účinnost finančních dotací zavést průběžný monitoring a aktualizaci dat, sumarizaci, sledování a vyhodnocování účinnosti vynaložených prostředků na meziresortní úrovni. A na závěr malé zamyšlení a rozvaha o finanční náročnosti námi navrženého řešení: 1) Potřeba software a hardware pro obce: Postačí současné běžné vybavení, integrované projekty jsou obcím 10. konference 9

10 10. konference předány na CD s prohlížečem ArcExplorer 3.1a (freeware). 2) Monitoring a aktualizace dat: Provádí vždy k datu podávání žádostí o dotace (cca jedenkrát ročně, nebo podle jinak státem stanoveného klíče) původní zpracovatel projektu za finanční prostředky, přidělené obcím na Integrovaný projekt. Čili v podstatě bez dalších nároků na finance, pouze jejich rozumnější využití. 3) Potřeba software a hardware pro státní správu: Postačí současné vybavení, GIS Arc Info vlastní státní správa od roku ) Potřeba software a hardware pro úroveň sumarizace a interpretace dat na úrovni státní správy: Zde bude třeba dovybavení, včetně lidských zdrojů údržba, aktualizace a strukturování dat a výstupů. Námi odhadovaný finanční náklad představuje: A) Jednorázová počáteční investice: 2 pracovní stanice à cca Kč (hardware + software) B) Průběžné investice: 1,5 2 stálá pracovní místa pro údržbu, aktualizaci a interpretaci dat (cca Kč ročně) Závěr Zpracované integrované projekty v prostředí ArcView GIS ukazují, že využití této technologie umožňuje při minimálních finančních nákladech: 1) poskytnout obcím, státu i jeho resortům kvalitní data - o dění v území na úrovni samosprávy - o potřebách a záměrech obcí 2) zkvalitnit proces meziresortní práce a rozhodování - na základě vyhodnocení účinnosti a využívání státem, či EU garantovaných programů (resp.finančních prostředků, jejich prostřednictvím přidělených) 3) zkvalitnit proces přidělování dotací obcím - na základě průběžného standardního monitoringu projektů 4) šetřit státní rozpočet i evropské zdroje a to vše především rozumnějším využitím prostředků, které jsou v současné době k dispozici. I n g. a r c h. K a t e ř i n a S o v i n o v á, A R C H I - K A Nové trendy ve využití dat dálkového průzkumu Země v České Republice Dálkový průzkum Země (DPZ) - technologie bezkontaktního získávání informací o terénu a předmětech ležících na něm, je vedle klasické fotogrammetrie, která se zabývá především metrickým zpracováním obrazových záznamů, vědní disciplína, která analyzuje především interpretační, sémantickou stránku informací. Nezajímá nás zpravidla primárně, kde přesně identifikovaný jev leží, ale co znamená. Samozřejmě, preciznost polohové a v některých případech i výškové identifikace zjišťovaných jevů je rovněž významná. Dálkový průzkum Země je zpravidla v očích odborné veřejnosti spojován s využíváním družicových snímků, ale rychlý rozvoj digitálních technologií přinesl některé možnosti pořizování speciálních dat i do prostředí bližších k Zemi letadel, které jsou schopny nést různé digitální prostředky pro účely speciálního záznamu obrazových informací. Technický rozvoj přinesl i značné změny technologií sběru obrazových dat na kosmických nosičích. Možnosti systémů operujících v blízkém kosmickém prostoru. Za pozornost stojí družicové systémy, které přinášejí stále se zlepšující rozlišení obrazového elementu (pixelu) na Zemi. Bez nároku na úplnost se lze zmínit o systémech: Družice produkt Rozlišení Šířka záběru Očekávané měřítko použití SPOT 4 černobílý 10 m 60 km 1: barevný M/S 20 m 60 km 1: LANDSAT 7 černobílý 15 m 185 km 1: barevný M/S 30 m 185 km 1: RADARSAT černobílý 30 m 100 km 1: IRS 1C černobílý 5 m 70 km 1: IRS 1C barevný 23 m 70 km 1: IKONOS černobílý 1 m 11 km 1: IKONOS barevný 4 m 70 km 1: Hodnocení vhodnosti družicových snímků podle očekávaného měřítka použití je především závislé na typu prací, které předpokládáme na podkladě těchto materiálů řešit. Možnosti snímání povrchu Země z kosmu s rozlišením lepším než 1 m je jistě pozoruhodné, a na cestě jsou další technická vylepšení, která by měla přinést projektové matematické rozlišení lepší než 0,6 m. 10

11 Otázkou je, co umožní pevné mikročástice prachu rozptýlené v atmosféře a jak se tyto systémy vypořádají s překážkou oblačnosti a vodních oparů, či inverzí. Snad jen velké množství mikrosatelitů bude schopno výkonně pokrývat vybraná území určená ke snímkování. Skutečností je, že moderní družicové systémy s vysokým optickým rozlišením dovolují zpravidla při jednom přeletu zabrat jen úzký pás území (systém Ikonos např. cca 11 km) a pokrytí celého území ČR tak může být prozatím chápáno jako dlouhodobý proces. Rovněž možnost výběru vhodných snímků ze systému Landsat (šířka záběru 185 km) z území našeho státu a krátkého časového období je prozatím problém. I když se jedná pouze o 10 obrazových scén, je potřeba volit vhodné kombinace z různých let, protože snímky z jednoho roku nelze celou republiku pokrýt tak, aby se na některých scénách nevyskytovala oblačnost. z území ČR jen několik snímků. Jeden z území Prahy je možné vidět na obrázku. Panchromatické pásmo zobrazuje území v rozlišení 1 m. Multispektrální pásma mají fyzikální rozlišení 4 m a speciálním postupem lze dosáhnout matematického rozlišení 1 m i v barevném provedení. Obecně lze říci, že kvalita zobrazení je poměrně dobrá. Příkladem použití indického satelitu IRS 1C a SPOT jsou družicové snímky používané pro kontrolu dodržování zemědělské politiky členských států EU. Výsledky zpracování těchto záznamů s rozlišením 5 nebo 20 metrů jsou využívány pro kontrolu skutečně provedených zemědělských zásahů v návaznosti na dotace za jejich provedení či neprovedení. Jestliže farmář nahlásí, že neoře a pobírá dotace za neorání, pak musí existovat nezávislá kontrola, která může pokud možno objektivně a statisticky průběžně určité úkony prověřit. Dlouho existujícím systémem využívaným pro účely DPZ je systém LANDSAT v poslední verzi s označením 7. Jde o vícekanálový systém, který umožňuje zaznamenávat i dílčí infračervená pásma. Základním rozlišením barevných kanálů je 30 m, ale panchromatický, černobílý kanál má rozlišení 15 m. Speciálními postupy lze dosáhnout přepočítání barevných kanálů do rozlišení 15 m, přičemž při dalších radiometrických korekcích a úpravách kontrastu a hranové ostrosti lze docílit až sedmimetrového matematického rozlišení. Rozlišení umožňuje pracovat v mapovém měřítku od 1: a tento podklad se jeví jako vhodný základ GIS aplikace pracujících nad rozsáhlými územními celky jako jsou např. okresy, kraje, celé území státu apod. a je vhodný pro organizace s plošnou působností. Možnosti multikanálového senzoru dovolují využít některých analytických postupů pro potřeby multispektrálních analýz obrazu. Výsledky mohou být využívány Pokud hovoříme o snímcích ze systému IKONOS, který pracuje přibližně dva roky, tak na začátku tohoto roku existovalo pro řadu aplikací, které potřebují pracovat s daty typu LANDUSE. Povrch je kategorizován do určitých tříd, např. komunikace, Obr. 3 IRS Obr. 4 SPOT Obr. 1 IKONOS panchromatický, 1 m pixel Obr. 2 IKONOS multispektrální, 4 m pixel 11

12 železnice, voda stojatá, voda tekoucí, lesy (jehličnaté, listnaté), křoviny, mosty, pole, zástavba městského typu, zástavba vesnického typu, apod. Každé kategorii je přisouzen plošný prvek (pixel) o rozměru např. (30 x 30m), nebo je obrazovému prvku přidělen atribut o jeho základním zařazení do kategorie, popř. další reference. Takovéto údaje lze na ploše města, okresu, kraje statisticky dále analyzovat 10. konference Obr. 5 Landsat 30 m Obr. 6 Landsat 15 m a dále porovnávat, např. se starším záznamem z období před 10 lety, abychom mohli posoudit k jakým globálním změnám v teritoriu došlo. Multispektrální skener a digitální obraz Jak již bylo na začátku zmíněno, k rozvoji metod DPZ nedošlo pouze v kosmu. Na letadlových nosičích lze provozovat vícepásmové skenery, digitální videokamery, digitální frame kamery malých formátů až po digitálních kamery, které rozšiřují možnosti klasických kamer fotogrammetrických. Pro pořízení především výškových, ale i radiometrických informací o terénu existují systémy na bázi tzv. laserscan nebo radarových technologií. Konečně i potřeby sledování energetických a teplotních ztrát je možno dokumentovat novými typy termovizních kamer. Klasické multispektrální kamery, např. staršího typu MSK 4, používané dříve pro multispektrální snímkování, je dnes možno nahradit např. optickým skenerem pracujícím v pásmu RGB a infračerveném kanálu. Separace a kombinace těchto čtyřech kanálů umožňuje provádět dílčím způsobem multispektrální analýzu. Příkladem použití je čtyřkanálový skener, který byl v ČR testován pro účely analýzy terénu pro vodohospodářské účely. Obr. 8 okres Jihlava - Landsat7, landuse Obr. 7 Landsat7: 15 m, 30 m, resolution merge 7 m 12

13 Obr. 9 RGB a NIR kanály skeneru Jiným prostředkem je systém, kterým lze pořídit až 120 separovaných kanálů zaznamenaných na magnetickém médiu. Tento systém lze používat pro zjišťování multispektrálních charakteristik přírodních jevů, mimo jiné např. k identifikaci azbestových střešních krytin, které z pohledu ochrany životního prostředí musí být postupně odstraněny a nahrazeny jiným materiálem. Obr. 12 digitální video řeky Moravy Obr. 10 princip multispektrálního systému Obr. 11 vyhodnocení výskytu azbestu ve střechách Poměrně jednoduchým prostředkem DPZ se stává digitální video. Ve spojení s GPS kódovacím zařízením umožňuje pořídit k obrazovému záznamu rovněž záznam o poloze ve formě GPS času, který je v rámci postprocesingu následně přepočítán na přesnou trajektorii letu (záznamu). Každý digitální záběr získává své souřadnice a je možno je přiřadit do GIS aplikací k širokým účelům interpretace i detailních jevů na povrchu Země.Velkou výhodou tohoto postupu je kontinuální záznam, ze kterého mohou být automatizovanými procedurami vybrány jen ty scény, které mají pro potřeby interpretace význam. Možnost simultánního pořízení šikmého a svislého videa je nespornou výhodou interpretační identifikace pro účely vodohos- Obr. 13 šikmé a svislé video železnice 13

14 Obr. 14 termovizní záznam podářské, správy silniční sítě, lesního hospodářství, potřeby správců sítí plynovodu, ropovodu, telekomunikací, optických kabelů, apod. Významným prvkem se stává tato technologie DPZ při kontrole významných velkých staveb. Digitální záznamy se používají pro účely interpretace plnění smluvních dohod, dodržování stavebního koridoru, apod. Obr. 15 snímky obchvatu Olomouce Nové možnosti georeferencování a následného speciálního postprocesingu jsou aplikovatelné i na zpracování termovizních záznamů. Na jejich základě je možné identifikovat zdroje úniků tepla, odhalení nepovolených zaústění odpadů do toků, sledování komunálních skládek odpadů, popř. analýza a předcházení některým tepelným destrukcím objektů (vedení), popř. požárů. Laser a radar Jedním z nejnovějších systémů využívaných pro účely DPZ jsou laserové a radarové systémy pro pořízení výškových a obrazových dat. Oba systémy umožňují v kombinaci s optickými senzory digitálních videokamer nebo digitálních frame kamer pořizovat a zaznamenávat značné množství údajů o snímaném povrchu. Na bázi vyslaného optického laserového Výstupy mohou, kromě jiného, posloužit k identifikaci vlastnictví majetku, kolizím průchodů a křížení, kvality a stavu nadzemních vedení, jejich ochranných pásem, kvality povrchů vozovek a jejich nejbližšího okolí, pořízení dokumentace pro kontrolní činnost, např. železničních tratí, pořízení podkladů pro interpretaci dílčích jevů v sídlech, apod. Obr. 16 vizualizace Poměrně významnou činností vyžadující výstupy z digitálních prostředků obrazového průzkumu jsou nejrůznější vizualizace umožňující výrazně lepší pochopení a diskusi o návrzích projektantů, zásazích do infrastruktury a obecně krajiny vůbec. 14

15 paprsku nebo radiové vlny, které jsou po dopadu na terén odraženy dochází ještě vlivem různých vlastností terénu k jejich modulaci, polarizaci a posléze záznamu některých těchto informací. ti objektů, přičemž kombinace těchto informací s obrazovým záznamem umožňuje zlepšit interpretační možnosti a usuzovat na vlastnosti snímaného povrchu. Jejich pozdější vyhodnocení dovoluje zjišťovat výškové poměry a odrazné vlastnos- Obr. 17 princip radaru Závěr Dálkový průzkum Země je vědní disciplína, která interpretuje záznamy pořízené rozličnými snímacími zařízeními. Zkoumá vlastnosti objektů zřejmé nejen ve viditelném pásmu spektra, ale z velké části především odrazné vlastnosti objektů mimo viditelnou část spektra. Rozvoj technických prostředků umožnil nejen výrazně zvýšit rozlišovací schopnost družicových prostředků, ale také přesunout zkoumání zemského povrchu do nízko letících nosičů. K pořizování záznamů slouží klasické filmové kamery, stále více se rozšiřuje nasazení digitálních kamer, radarových a laserových zařízení. Z dat dálkového průzkumu Země lze zpracovávat družicové mapy, multispektrální a hyperspektrální klasifikace, vytvářet přesné modely povrchu a terénu, připravovat velmi různorodou škálu dat pro geografické informační systémy a obohacovat je tak o dosud ne zcela doceněná data. I n g. K a r e l S u k u p, C S c., I n g. V l a d i m í r P l š e k, P h. D., G E O D I S B R N O, s p o l. s r. o. Obr. 18 model terénu a el. vedení vytvořený z radarových dat 10. konference 15

16 Produkty ERDAS a výuka DPZ na VA v Brně 10. konference Úvod Cílem článku je představit systém výuky dálkového průzkumu Země (DPZ) na katedře vojenských informací o území Vojenské akademie v Brně a ukázat, jaké místo v něm zaujímají produkty ERDAS. DPZ zaujímá nezastupitelné místo mezi téměř 40 teoretickými, společensko-vědními a profilujícími předměty oboru geodézie a kartografie. Výuka DPZ je zahrnuta jak v pětiletém magisterském studijním programu, tak v tříletém bakalářském a dvouletém magisterském studijním programu, vybraná témata jsou rovněž součástí doktorského studia. Jednotlivé přednášky jsou zařazeny i do programů speciálních krátkodobých kurzů. Struktura předmětu DPZ tvoří převážnou část dvousemestrového předmětu pětiletého magisterského studia Fotogrammetrie a dálkový průzkum Země. Předmět je rozdělen do dvou částí. Teorie vzniku a zpracování digitálního obrazu je přednášena v 8. semestru, v 9. semestru pak principy, metody a aplikace DPZ. Zpracování digitálního obrazu. Obsahem této části předmětu je vysvětlení podstaty digitálního obrazu, způsoby jeho pořízení a účel a metody jeho úprav. Jsou popsány základní metody vzniku digitálního obrazu s důrazem na jeho využití v DPZ, uvedeny nejpoužívanější formáty obrazových dat a různé metody komprese. Je vysvětlena podstata a metody předzpracování obrazu sloužící ke korekci radiometrických, atmosférických a geometrických zkreslení a šumu, které vznikají v průběhu vytváření obrazu. Jsou popsány metody radiometrického, prostorového a spektrálního zvýraznění obrazu vedoucí ke zvýšení interpretability dat. Kromě uvedených témat jsou v semestru zařazena některá další témata spadající do oboru digitální fotogrammetrie. Dálkový průzkum Země. Obsahem této části je vysvětlení teoretických a fyzikálních základů DPZ a hlavní rozdělení metod pořizování dat. Dále jsou popsány současné družicové systémy s důrazem na optické a radarové systémy, které jsou vhodné pro účely mapování a aktualizace prostorových databází. Jsou vysvětleny principy a technologie tvorby digitálních modelů terénu a družicových map. Nově jsou do předmětu zařazeny speciální vojenské aplikace zaměřené na zpravodajské využití dat DPZ a možné způsoby vizualizace terénu. Forma výuky Všechna témata jsou zpracována v několika různých formách. To umožňuje poskytovat studentům studijní materiály v několika úrovních: - podrobná struktura přednášky ve formě mentální mapy - obsah přednášky ve formě snímků prezentace Power Point - úplný text přednášky. Mentální mapy slouží k získání a udržení přehledu o struktuře a obsahu přednášky. Velmi užitečné jsou pak při přípravě k semestrálním zkouškám, kdy mohou posloužit pro efektivní opakování a zpětné vybavení znalostí o daném problému. Prezentace Power Point jsou využívány při přednáškách, ať už s pomocí digitálního projektoru nebo prezentační konference na počítačové učebně. Kromě toho mají studenti k dispozici vytištěné snímky jako pomocný studijní materiál. Úplný text přednášek je pak nejpodrobnějším zdrojem informací. Zatím v této formě existují pouze texty pro 8. semestr, tedy zpracování digitálního obrazu. Je zřejmé, že by nemělo velký smysl vytvářet vlastní skripta i pro DPZ, zvláště když jsou k dispozici poměrně čerstvé publikace renomovaných autorů z ČVUT v Praze nebo Masarykovy university v Brně. V tomto případě jsou využívány zejména bohaté zdroje Internetu a odborné časopisy jako např. domácí GEOinfo a ArcRevue, ze zahraničních pak Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, Imaging Notes, Arc- News, ArcUser, ERDAS News, Geoinformatics, SPOT Magazine a další. Další informace z oboru DPZ jsou studentům dostupné také z materiálů získaných z odborných kurzů v zahraničí jako např. Defence Geographic Information (Royal School of Military Survey, Velká Británie, 1995), Aerospace Imagery Analysis for Military Intelligence (GDTA, Francie, 1999), Space Cartography (GDTA, Francie, 2000), atd. Vybavení katedry Pro práci s družicovými daty byla katedra nedávno vybavena pracovní stanicí COMPAQ SP750 s procesorem Pentium XEON 733 MHz, 768 MB RAM, pevným diskem 18 GB a monitorem 24 COMPAQ P1610. Programovým vybavením využívaným pro praktická cvičení je ERDAS IMAGINE 8.4 ve verzi Professional s moduly VirtualGIS a OrthoBASE, používán je i program Image Analysis. V nejbližší době by měla být na katedru dodána další instalace ERDAS IMAGINE ve verzi Essentials spolu s modulem Stereo Analyst. Pro účely ukázek a jako podklad pro úvodní praktická zaměstnání jsou na katedře k dispozici vzorky dat nejznámějších družicových systémů SPOT, LANDSAT a IKONOS, pokrývající různé části světa. Díky úzké spolupráci s Vojenským topografickým ústavem v Dobrušce a dalšími komerčními organizacemi se v posledních dvou letech podařilo získat reálná panchromatická i multispektrální data systémů SPOT a LANDSAT z území České republiky, zejména z oblasti jižní Moravy. Tato data jsou využívána ve cvičeních, pro zpracovávání bakalářských a diplomových prací a pro nejrůznější výzkumné práce. Praktické využití ERDAS IMAGINE Kromě přednášek jsou nedílnou součástí výuky také praktická cvičení. Ačkoliv v minulosti byly pro cvičení radiometrických a geometrických korekcí družicových snímků, radiometrického zvýraz- 16

17 Obr. 1 Kombinace digitálního modelu terénu DTED0 a rastrového ekvivalentu topografických map DETM1MIL ve VirtualGIS nění a filtrací obrazu využívány programy Photoshop nebo Paint- Shop Pro, v poslední době probíhají tato cvičení s využitím ERDAS IMAGINE. Výhodou je to, že se studenti hned na začátku seznámí s tímto prostředím a naučí se používat základní funkce programu. V pozdějších cvičeních se pak již mohou soustředit výhradně na řešený problém. V 9. semestru je pak ERDAS IMAGI- NE využíván při cvičení témat jako např. mozaikování leteckých měřických snímků a družicových scén, klasifikace multispektrálních dat, tvorba rychlých grafických dokumentů a družicových map apod. VirtualGIS pak pro vizualizace dat, 3D pohledy a průlety nad terénem. Výuka dosud probíhala tradičním způsobem, tedy formou oddělených přednášek a cvičení. Tento systém však není ideální. Protože mezi přednáškou a cvičením uběhne určitá doba, studenti nejsou na cvičení připraveni tak, jak by bylo potřeba. Nechali jsme se tedy inspirovat systémem Project Based Learning, o kterém se ve svých materiálech věnovaných problematice vzdělávání zmiňuje společnost ESRI. V současnosti mají cvičení z DPZ takovou podobu, že studenti v průběhu celého semestru zpracovávají ucelený projekt od úprav digitálního obrazu, přes klasifikaci multispektrálních dat, kombinování dat z různých zdrojů až po tvorbu jednoduché družicové mapy, případně prostorovou vizualizaci zpracovávaných dat. Výhoda uvedeného systému je v tom, že studenti mají větší přehled o tom, ve které fázi celého projektu se nacházejí, které kroky jsou ještě před nimi a jaké informace je potřeba si ještě doplnit. Zároveň získají představu o užitečnosti jednotlivých nástrojů ER- DAS IMAGINE pro řešení konkrétních problémů. Závěr Produkty ERDAS jsou při výuce DPZ na Vojenské akademii v Brně využívány nejen proto, že patří k těm nejlepším nástrojům pro práci s družicovými daty vůbec, ale především proto, že se s nimi absolventi oboru geodézie a kartografie setkají v praxi u ústavů a útvarů Geografické služby Armády České republiky. Schopnost využití těchto nástrojů jistě pomůže absolventům také k plnohodnotnému uplatnění po ukončení jejich aktivní služby v armádě. I n g. V l a d i m í r K o v a ř í k, M S c., V o j e n s k á a k a d e m i e v B r n ě 17

18 Využití multispektrálních dat a DMR v geologii: příklady ze Sudet, Gobi a Íránu V tomto příspěvku jsou prezentovány příklady využití multispektrálních dat Landsat TM, digitálního modelu reliéfu a geofyzikálních dat při řešení vybraných problémů v základním geologickém výzkumu. Při studiu sedimentární výplně podkrkonošské pánve se vyskytl problém, jak vymapovat zlomové linie a určit smysl pohybu na nich a časově je zařadit v geologické historii oblasti. Vzhledem k litologické monotónnosti sedimentů pánve i hornin přilehlého krkonošského krystalinika je možné konvenčními metodami geologického mapování určit průběh jen malého procenta zlomů. ních a severo-severozápadních zlomů. Výrazné východozápadní poklesové zlomy řídily sedimentaci v nejstarším ze studovaných období, v permokarbonu. Je velmi pravděpodobné, že tyto zlomy byly do této pozice rotovány během mesozoické a kenozoické deformace, a že jejich průběh v době sedimentace byl severovýchodní. Spektrální analýza družicových snímků Landsat TM v oblasti pouště Gobi v Mongolsku byla zaměřena na mapování indicií alteračních zón, které obvykle doprovázejí ložiska některých nerostných surovin. Studie proběhla v rámci projektu české vlády, jehož účelem byl základní geologický výzkum a prospekce možných ložisek nerostných surovin v této odlehlé oblasti. Aplikace multispektrálních dat zde byla velice vhodná, protože se jedná o málo prozkoumané území, které je velmi dobře odkryto, prakticky bez vegetace, tzn., že spektrální charakteristiky jednotlivých typů hornin a minerálů lze dobře identifikovat z distančních dat. Pro vymapování základních strukturních prvků a kvartérních sedimentů byly použity snímky v přirozených barvách (spektrální pásy 321 jako RGB). Snímky v nepravých barvách (spektrální pásy 753 jako RGB) zvýrazňují některé litologické prvky. Červená Základem práce byla interpretace lineárních morfostrukturních prvků v DMR 2, byl sestrojen stínovaný reliéf a TIN. V druhém kroku byly interpretace lineárních prvků doplněny o studium magnetometrických anomálií a scény Landsat TM v nepravých barvách (731 jako RGB). Identifikace hlubokých zlomových linií na základě map Bougerových gravitačních anomálií doplnila strukturní obraz studovaného území. Bylo vymapováno mnoho zlomů, jejichž průběh nebyl dosud znám. Kinematická interpretace se opírá o integraci dosavadních znalostí o pohybech na zlomech a o geometrii nově zjištěných linií. Nejmladší deformace probíhaly v kenozoiku na východozápadních násunových zlomech v severojižním kompresním režimu. V mesozoiku docházelo k menšímu pravostranému přemístění podél severozápadindikuje horniny s jílovými minerály, zelená oxidy a hydroxidy Fe, modrá Fe minerály v půdách. Indicie alteračních zón bohatých jílovými minerály a Fe minerály jsou v této barevné kombinaci typicky žluté a žlutohnědé. Snímky v nepravých barvách 5/7, 5/4, 3/1 jako RGB využívají podílu spektrálních pásů. Při této algebraické operaci dochází k potlačení topografie a zvýraznění spektrálních charakteristik. Jas jednotlivých pixelů není závislý na oslunění (sklonu a směru sklonu svahu), ale je funkcí pouze odraženého spektra. Červená indikuje jílové minerály, zelená minerály Fe a modrá je velmi citlivá i na malé příměsi Fe (např. Fe pigmenty v sedimentech). Indikace alteračních zón byly v mnoha případech potvrzeny terénním výzkumem. Projekt zabývající se strukturní analýzou solných diapirů v jižním Íránu v masívu Zagros využil v počáteční fázi snímků Landsat TM k vymapování jejich možného povrchového výskytu. Hlavní minerální složkou těchto struktur je sádrovec, který má výraznou absorpci v 7. spektrálním pásu. Ta ho odlišuje od ostatních významných horninotvorných minerálů. Proto bylo použito rozdílu spektrálních pásů 5 a 7. Na takovém monochromatickém snímku jsou výskyty sádrovce dobře patrné. M g r. K a r e l M a r t í n e k, P ř F U K v P r a z e, Ú s t a v g e o l o g i e a p a l e o n t o l o g i e 10. konference 23

19 Ortorektifikace hyperspektrálních obrazových dat pomocí ERDAS IMAGINE OrthoBASE 10. konference V rámci projektu Remote sensing of the multiple stress response of Norway spruce forests (Dálkový průzkum vícenásobné stresové reakce smrkových lesních ekosystémů) byl jako primární krok studie definován úkol identifikovat koruny observovaných smrkových jedinců na hyperspektrálních obrazových datech dálkového průzkumu Země (DPZ). Pro tento účel bylo zapotřebí provést přesnou ortorektifikaci osmi nefotogrammetrických leteckých snímků hyperspektrálního senzoru ASAS (Advanced Solid-state Array Spectroradiometer, NASA Goddard Space Flight Center). Některé ze zpracovávaných snímků byly zasaženy výraznými geometrickými distorzemi obrazu, které byly způsobeny náhodnými změnami výšky či horizontální polohy letadla v okamžiku získávání obrazových dat. Jako vhodný softwarový nástroj pro řešení tohoto úkolu byl vybrán a otestován ortorektifikační modul OrthoBASE pracující pod Windows verzí ERDAS IMAGINE Výsledky ukázaly, že OrthoBASE je schopen s poměrně vysokou přesností ortorektifikovat DPZ data získaná senzorem typu pushbroom i při minimální vstupní informaci o senzoru samém (pouze informace o výšce letu senzoru, ohniskové vzdálenosti jeho optické části a velikosti nejmenšího elementu záznamové CCD/charge-coupled device/matice senzoru). Přestože přesná transformace leteckých snímků s velmi intenzivními geometrickými distorzemi nebyla za pomocí modulu OrthoBASE realizovatelná, byly koruny vybraných zájmových smrkových jedinců, pozičně zaměřených kombinací systému Field Map a GPS, na hyperspektrálních ASAS snímcích úspěšně identifikovány. Ortorektifikace netradičních obrazových dat Počátkem roku 2000 byl v rámci disertační práce, vypracovávané na Ústavu geodézie a fotogrammetrie Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně, zahájen projekt Remote sensing of the multiple stress response of Norway spruce forests (Dálkový průzkum vícenásobné stresové reakce smrkových lesních ekosystémů). Cílem této studie je prozkoumat možnosti vylišení jednotlivých typů a etap stresového chování horských porostů smrku ztepilého (Picea Abies (L.) Karst) na základě charakteristik jejich spektrální odrazivosti. K dosažení těchto cílů bylo nejdříve nutné identifikovat vybrané smrkové jedince Šumavského národního parku (oblast Modravského potoka) na hyperspektrálních obrazových leteckých datech, a tím propojit údaje získané terénním průzkumem stromů se spektrálními charakteristikami obsaženými v leteckých snímcích. Jelikož výše jmenované pracoviště používá k řešení některých vědeckých úkolů programové vybavení ERDAS IMAGINE, bylo nasnadě použít k požadované geometrické korekci snímků (ortorektifikaci) modul OrthoBASE, jenž je součástí ERDAS IMAGINE verze 8.4 pro Windows. Modul IMAGINE OrthoBASE umožňuje geografickou transformaci téměř jakýchkoliv dat dálkového průzkumu Země (DPZ) a to i v případě použití nefotogrammetrické kamery. K realizaci cílů projektu bylo zapotřebí ortorektifikovat u nás ne zcela tradiční hyperspektrální snímky získané digitálním leteckým skenerem. Hyperspektrální obrazová data a jejich geometrické distorze Pro zmíněnou studii se podařilo získat letecké snímky zájmového území Šumavy, pořízené hyperspektrálním senzorem ASAS (Advanced Solid-state Array Spectroradiometer) během velké vědecké kampaně zaměřené na průzkum celkového stavu českých horských smrkových ekosystémů, konané na podzim roku 1998 v rámci grantového projektu americké kosmické agentury NASA. Senzor ASAS je along-track, nebo-li pushbroom hyperspektrální letecký skener operující ve službách Laboratoře pro terestrickou fyziku NASA (Laboratory for Terrestrial Physics Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland, USA). Při snímkování byl umístěn na palubě letadla Antonov-2 ve výšce 2500 m. Výsledná obrazová data zahrnovala oblast o šířce 850 m při velikosti pixelu digitálního obrazu kolem 1,6 m a disponovala 62 spektrálními kanály mezi 417 až 1025 nm, o šířce jednoho kanálů 11,0 až 13,5 nm. Svou povahou jsou hyperspektrální data blízká multispektrálním snímkům. Hlavním rozdílem je množství a šířka snímaných spektrálních pásem. Zatímco multispektrální snímek ze senzoru LANDSAT 7 ETM+ obsahuje 7 pásem odrazivosti o šířce od 60 do 260 nm, první hyperspektrální satelitní snímek senzoru Hyperion, operujícího na palubě družice EO-1 (Earth Observing-1), disponuje, při stejném prostorovém rozlišení 30 m, 220 spektrálními pásmy v intervalu od 4 do 2,5 mm, o šířce pouhých 10 až 11 nm. Data s tak velkým množstvím úzkých spektrálních pásem umožňují generovat kontinuální křivku odrazivosti elektromagnetickeho záření od povrchu Země a získat tak za pomocí dálkového průzkumu daleko detailnější informaci. V současné době již sice na orbitu Země operuje první satelitní systém s hyperspektrálním senzorem na palubě, ale až do letošního roku byla hyperspektrální data získatelná jen leteckou cestou a musela se vypořádávat se všemi neduhy leteckého snímkování. Jedním z problémů komplikujících zpracování dat z across-track či along-track leteckých digitálních skenerů jsou geometrické distorze obrazu, způsobené náhodnými změnami výšky či polohy letadla v průběhu snímkování. Lokální změny teploty vzduchu způsobují termická proudění narušující výškovou stabilitu letadla. Vertikální pohyby letadla mají za následek výskyt jednak variabilního prostorového rozlišení obrazu, a dále pak geometrická zakřivení obrazu způsobená příčným kolíbáním či podélným kymácením letadla (tzv. roll and pitch distortion ). Silný boční vítr dokáže vychýlit letadlo z jeho předem nadefinované snímací trajektorie, čímž v obraze vznikají tzv. krabové deformace ( crab 24

20 distortion ). Kombinace některých těchto geometrických deformací se vyskytovaly i na šesti z osmi použitých ASAS snímcích viz. příklad na Obrázku 1. Kompenzace těchto distorzí je možná buď prevenční cestou, umístěním senzoru v letadle na gyroskopický stabilizátor, či cestou primárních geometrických korekcí obrazu, k čemuž je zapotřebí mapovat pozice bodů v nichž došlo ke vzniku geometrického zkreslení např. pomocí systému GPS. Částečné geometrické korekce distorzí na ASAS datech byly očekávány i při převzorkování obrazu během jejich ortorektifikace modulem IMAGINE OrthoBase. Ortorektifikace ASAS snímků pomocí OrthoBASE Metodika ñ vlìcovacì a v zacì body, blokovè vyrovn nì Do ortorektifikace vstupovalo celkem 8 hyperspektrálních snímků ze 2 letových linií s překryvem 20 % (1. letová linie = 3 snímky, 2. letová linie = 5 snímků), přičemž obrazová data druhé letové linie byla výrazně zasažena geometrickými deformacemi. V první fázi celého procesu bylo zapotřebí nadefinovat typ použitého senzoru ASAS Generic Pushbroom, ustanovit referenční systém S-42 Obrázek 1: a) Příklady vzniku některých typů geometrických distorzí obrazu vyskytujících se u digitálních hyperspektrálních dat (podle Lillesand & Kiefer, 2000); b) RGB barevná kompozice 33., 30. a 20. spektrálního kanálu ASAS senzoru bez geometrických vad; c) Shodná RGB kompozice zachycující stejnou oblast avšak s výraznou geometrickou deformací uprostřed obrazu. (Gauss Krügerovo kartografické zobrazení, elipsoid Krasovského, datum Pulkovo 1942, 3. poledníkový pás), nadefinovat referenční jednotky metry a stupně, zvolit vhodnou kombinaci geometrické soustavy senzor povrch Země a zadat výšku letu 2500 m. Po té byly do modulu OrthoBASE importovány všechny snímky podstupující ortorektifikaci a byla u nich vytvořena pyramidová struktura vrstev. Zde je nutné podotknout, že do procesu nevstupovaly ASAS snímky s původním počtem 62 spektrálních kanálů, ale pro urychlení a zefektivnění celé operace byly použity vizuálně snadno interpretovatelné kompozice pouze 3 spektrálních pásem 20 (601,8 nm), 30 (703,8 nm) a 33 (734,2 nm). V následujícím kroku bylo zapotřebí nadefinovat základní informace o senzoru a to ohniskovou vzdálenost optické soustavy 57,2 mm, počet sloupců v CCD matici senzoru 512, skutečnou velikost nejmenší jednotky CCD matice 38 mm a velikost pixelu vstupních dat 1,6 m. Pak započala dlouhá etapa vyhledávání 4 5 vlícovacích bodů pro každý snímek a několika kontrolních bodů, které byly zaměřeny v terénu geodetickými GPS stanicemi Ashtech Magellan a Locus. Hodnoty geografické pozice a nadmořské výšky vlícovacích bodů byly do modulu OrthoBASE importovány ve formě ASCII souboru. Pro přesnou ortorektifikaci několika snímků do jedné mozaiky disponuje OrthoBASE možností automatické generace tzv. vázacích bodů ( tie points ) mezi jednotlivými snímky. Bohužel při této proceduře se poprvé projevil negativní vliv geometrických distorzí na některých snímcích. Přestože parametry automatického vyhledávání vázacích bodů byly nadefinovány do několika různých variant, byla automatická lokalizace vázacích bodů v místech velkých geometrických deformací neúspěšná a musela být nahrazena manuálním vyhledáváním. V dalším kroku bylo nutné leteckou triangulací vyrovnat všechny provázané snímky do jednoho bloku. Zde se vliv geometrických vad obrazu projevil podruhé. Bohužel společnou triangulační síť, s akceptovatelnými RMS chybami ( root mean square error ), bylo možno vytvořit jen pro blok 3 snímků první letové linie nezasažených deformacemi obrazu. Zbylých 5 snímků druhé letové linie muselo byt dále zpracováváno individuálně. Závěrečnou etapou celého procesu byla vlastní geometrická transformace. Do ní vstupovaly buď blokově vyrovnané či samostatné ASAS snímky a rastrový digitální model reliéfu zájmového území s prostorovým rozlišením 1 m, vygenerovaný z vektorového vrstevnicového souboru digitální geografické databáze ZABAGED (referenční systém S-42, měřítko 1:10 000). Pro převzorkování obrazových dat byla zvolena metoda nejbližšího souseda ( nearest neighbor ), výsledné prostorové rozlišení výstupních ortorektifikovaných snímků bylo stanoveno 1,5 m. V sledky ñ ortorektifikovan mozaika, identifikace korun Výslednou mozaiku všech 8 ortorektifikovaných snímků můžete shlédnout na Obrázku 2. Obecně lze říci, že snímky blokově vyrovnané (nezasažené geometrickými deformacemi) byly geometricky transformovány se standardní polohovou chybou. Také místa zasažená drobnou distorzí obrazu byla ortorektifikačním algoritmem 25